水力学复习题及答案.doc

水 力 学 复 习 题 1 一、单项选择题（填写唯一正确答案的编号）（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1. 下列物理量中，有量纲的数为（ C ）A佛汝德数Fr B. 沿程阻力系数lC渗流系数k m/day D. 堰流流量系数m2. 缓坡明渠中的均匀流是（A ）A缓流 B. 急流 C. 临界流 D. 可以是急流或缓流3. 管流的负压区是指测压管水头线（ C ）A在基准面以下的部分 B. 在下游自由水面以下的部分C 在管轴线以下的部分 D. 在基准面以上的部分4. 有两条梯形断面渠道1和2，已知其流量、边坡系数、糙率和底坡相同，但底坡i1i2，则其均匀流水深h1和h2的关系为（ B ）Ah1h2 B. h1h2 C. h1=h2 D. 无法确定5. 对于并联长管道，每根管道的（ C ）相等。A流量 B. 切应力 C. 沿程水头损失 D. 水力坡度6. 平衡液体的等压面必为（D ）A水平面 B. 斜平面 C. 旋转抛物面 D. 与质量力正交的面7. 理想液体恒定有势流动，当质量力只有重力时， （B）A整个流场内各点的总水头相等B只有位于同一流线上的点，总水头相等C沿流线总水头沿程减小D沿流线总水头沿程增加8. 有一溢流堰，堰顶厚度为2m，堰上水头为2m，则该堰流属于（ c ）A薄壁堰流 B. 宽顶堰流 C. 实用堰流 D. 明渠水流9. 同一管道中，当流速不变，温度上升时，则雷诺数（ A ）A增大 B. 减小 C. 不变 D. 不一定10. 一段直径不变管道的流速从2m/s增加到4m/s时，在水流都处于紊流粗糙区时，沿程水损失是原来的（ d ）倍A1 B. C. 2 D. 4二、填空题（在空格中填写正确答案）（本大题共8小题，每空格2分，共16分）1有一明渠均匀流，通过流量，底坡，则其流量模数K= 2750 .2水泵进口真空计的读数为，则该处的相对压强水头为 2.5 m3矩形断面渠道，水深h=1m，单宽流量,则该水流的佛汝德数Fr= 0.319 。4宽顶堰的总水头H0=2m, 下游水位超过堰顶的高度hs=1.4m，此时堰流为 出流。5渗流杜比公式表明，在渐变渗流中过水断面的流速分布为 。6已知谢才系数，则沿程阻力系数l= 0.00784 。7当液流为 恒定流 流时，流线与迹线重合。8直径为1m的管道中的水流，其水力半径为 。三、计算题（本大题分5小题，共54分）1（本小题10分）如图所示，一个封闭水箱，下面有一1/4园柱曲面AB，宽为1m（垂直于纸面方向），半径R=1m，计算曲面AB所受静水总压力的大小、方向和作用点。2（本小题10分）有一长度为L的有压管道，管径d=0.1m，作用水头H=3m，在L/2处装一测压管，已知测压管水面高于管轴1m，不计行进流速，求管道中通过的流量。3（本小题12分）如图示管路渐变段，已知管轴线与水平面夹角，渐变段长L=10m，渐变段中水体重量G=2KN，进水管直径，流速，形心点相对压强水头水柱高，出水管直径，不计水头损失，试求固定段管路所受的作用力和。水力学1答案：一、 单项选择题（20分）1.C 2. A 3.C 4.B 5. C6.D 7.B 8.C 9.A 10.D二、 填空题（16分）1. 2750m3/s2. 2.5m3. 0.32m4. 自由出流 5. 矩形/或均匀分布60.007847.恒定流8. 0.25m三、 作图题四、 计算题1（10分）画出水平方向压强分布图（1分）；画出垂直方向压力体图（1分）；水平方向静水总压力： （2分）垂直方向静水总压力： （2分）总静水总压力： （1分）与水平方向的夹角： （1分）距底部B点的垂直距离： （2分）2（10分）以管道轴线为基准面，列测压管断面和处口断面的能量方程：得 （4分）列水箱和出口断面能量方程得，（）所以V= （5分） （1分）3（12分）， （1分）以过1-1断面中心的水平面为基准面，写出1-1和2-2断面能量方程： 取 （3分），得水柱，即 （2分）而， 取1-1和2-2断面间水体为脱离体，假设管壁对水体的作用力为和，（水流方向为x轴，与水流方向垂直为y轴）x方向大的动量方程： 取 （3分）y方向的动量方程： （2分）水流对管壁的作用力与和大小相等，方向相反。 （1分）水力学练习2及参考答案一、 单项选择题 （每小题2分，共计10分）1、紊流粗糙区的水头损失与流速成 （ b ） a、一次方关系； b、二次方关系； c、1.752.0次方关系；d、不能确定2、已知液体流动的沿程水头损失系数与边壁粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于 （ c ） a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区3、有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R =（ b ） a、8 b、4 c、2 d、1 4、已知突扩前后有压管道的直径之比d1/d2 =1：2，则突扩前后断面的雷诺数之比为 （ a ）a、2 b、1 c、0.5 d、0.255、层流断面流速分布规律符合 （ c ）a 、对数分布； b 直线分布； c、抛物线分布； d、 椭圆分布 。二、 填空题 （每小题2分，共计8分）1、恒定流时流线与迹线 重合 。2、实际液体在流动时产生水头损失的内因是 液体的粘滞性 ，外因是 边界条件的影响 。3、雷诺试验揭示了液体存在_层流_和_紊流 _两种流态，并可用 临界雷诺数 来判别液流的流态。4、在等直径长直管道中，液体的温度不变，当流量逐渐增大，管道内的雷诺数Re将逐渐 增大 。三、 判断题 （每小题2分，共计16分）1、根据连续性方程，流速与过流断面面积成正比。 （）2、水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 （） 3、只有过水断面上各点流速相等的流动才是均匀流 （） 4、均匀流与渐变流一定是恒定流，急变流一定是非恒定流。 （） 5、判别圆管水流是层流或紊流流态的临界雷诺数Re为2000。 （）6、层流一定是均匀流，紊流一定是非均匀流。 （）7、根据达西公式hf =，层流沿程水头损失与流速平方成正比。（）8、紊流粗糙区的沿程水头损失系数只与雷诺数有关。 （）四、 问答题 （每小题5分，共计10分）1、 有人说“均匀流一定是恒定流”，这种说法是否正确？为什么？答：这种说法是错误的，均匀流不一定是恒定流。因均匀流是相对于空间而言，即运动要素沿流程不变，而恒定流是相对于时间而言，即运动要素不随时间而变。两者判别标准不同。2、 根据尼古拉兹实验，简单叙述沿程水头损失系数在不同流态的变化规律。答：通过尼古拉兹实验可以发现：在层流中仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比；在层流到紊流过渡区，仅是Re的函数；在紊流光滑区=f1（Re）； 过渡区=f2（Re，/d）；粗糙区=f3（/d），紊流粗糙区又称为阻力平方区。五、计算题 （共5题，计56分）1、 管道直径 d = 10 mm，通过流量 Q = 20 cm3/s，运动粘度= 0.0101 cm2/s。问管中水流流态属层流还是紊流？若将直径改为 d = 30 mm，水温、流量不变，问管中水流属何种流态？ （8分） 解：（1）运动粘度= 0.0101 cm2/s，而管道截面积A=d2/4，=Q/A，则管道流动的雷诺数：管道水流为紊流。（2）管道流动的雷诺数，故可知水温、流量不变，管径扩大3倍后的雷诺数将直径改为 d = 30 mm，水温、流量不变，管中水流是层流。 2、图示水箱一侧有一向上开口的短管，箱内水位恒定，水通过管嘴向上喷射。若管嘴出口至水箱水面的高度h=5 m，管嘴局部水头损失系数=0.2，取动能校正系数=1。求管嘴的出流速度v及此射流达到的高度z。 （ 12分）321 解：（1）以管嘴出口为基准面，对水面1和管嘴出口2列能量方程，得：由h=5 m，=0.2，=1得=9.04m/s(2) 以管嘴出口为基准面，管嘴出口2和水面3列能量方程，得：由=9.04m/s，=1得3 、已知如图所示的文丘里管流量计，管的直径d1 =5cm，d2=2cm，1断面与喉管断面的测压管水头差为h =5cm ，如果文丘里管流量计流量修正系数=0.98，求管路中通过流量Q为多少？（不计水头损失） （12分）解：计算文丘里管常数：管路中通过的流量：4、某水平管路的直径d1=7.5cm，管内流速v1=0.70m/s，管路末端接一渐缩喷嘴通入大气（如图）。喷嘴出口直径d2=2.0cm，用压力表测得管路与喷嘴接头处压强p=49kN/m2，求水流对喷嘴的水平作用力F（取动量校正系数为1） （12分）x解：取管路1-1断面和管嘴2-2断面为计算断面，根据连续方程得：对喷嘴建立x方向的动量方程，=1得：pA1 F=Q(v2x v1x)F= pA1 Q(v2 v1)=49(1/4) 3.140.0752 - 110.0031(2.625-0.7)=0.21KN水流对喷嘴的水平作用力F与F大小相等，方向相反。5、有一浆砌块石的矩形断面渠道，宽b = 6m，当Q = 14.0m3/s时，渠中均匀水深h = 2m，糙率n = 0.025，试求500m长渠道中的沿程水头损失。 （12分）解：计算渠道断面水力要素：过流断面面积A=bh=62=12m2湿周=b+2h=6+22=10m水力半径根据舍齐公式，沿程水头损失：四、综合复习题1、选择题：（1）在水力学中，单位质量力是指（ ）答案：c a、单位面积液体受到的质量力；b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力；d、单位重量液体受到的质量力。（2）在平衡液体中，质量力与等压面（ ）答案：d a、重合； b、平行 c、斜交； d、正交。（3）水力学中的一维流动是指（ ）答案：d a、恒定流动； b、均匀流动； c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。（4）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（ ）答案：b a、8； b、4； c、2； d、1。（5）同种液体通过两根相同长度，但粗糙高度不同的等直径长直管道，当雷诺数Re相同时，它们的水头损失在（ ）内是相同的。答案：a、b、c a、层流； b、层流至紊流过渡区； c、紊流光滑区； d、紊流过渡区； e、紊流粗糙区（6）在缓坡明渠中不可能发生的流动是（ ）答案：a、c、d a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。2、判断题：（1）任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。（ ） 答案：错误（2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。（ ） 答案：错误（3）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。（ ） 答案：错误（4）矩形断面水力最佳断面的宽深比=2。（ ） 答案：正确（5）明槽水流的断面比能沿流程总是减小的。（ ） 答案：错误3、问答题：（1）什么是理想液体？为什么要引入理想液体的概念？答案：理想液体是指没有粘滞性的液体。实际液体都具有粘滞性，在液体流动中引起能量损失，给分析液体运动带来很大困难。为了简化液体运动的讨论，引入了理想液体的概念，分析其运动规律，再考虑粘滞性加以修正，可以得到实际水流运动规律，这是水力学中重要的研究方法。（2）简述尼古拉兹实验中沿程水力摩擦系数的变化规律。答案：通过尼古拉兹实验发现：在层流中仅是雷诺数Re的函数并与Re成反比；在层流到紊流过渡区，仅是Re的函数；在紊流光滑区=f1（Re），过渡区=f2（Re， ），粗糙区=f3（ ），紊流粗糙区又称阻力平方区。（3）从力学意义上解释明渠均匀流只能在正坡渠道中产生的原因。答案：均匀流的断面平均流速水头和压强水头沿程不变，但水流运动总要消耗能量，因此从能量方程来分析，只能消耗位能克服水流阻力。所以均匀流只能产生在正坡渠道中。（4）在渗流计算中达西定律与杜比公式有何区别？答案：达西定律适用于任一点的渗流流速u=kJ，其适用于恒定均匀层流渗流；而杜比公式是适用于恒定非均匀渐变层流渗流，同一过水断面上各点的渗流流速都相等且等于v= kJ。4、作图题：定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称及流态。(各渠段均充分长，各段糙率相同) 。解：5、计算题：1 图示一跨河倒虹吸管，正方形断面面积 A=0.64 m2，长 l=50 m，两个 30。折角、进口和出口的局部水头 损失系数分别为1=0.2，2=0.5，3=1.0，沿程水头损失系数=0.024，上下游水位差 H=3m。求通过的流量Q。解： 2从水箱接一橡胶管道及喷嘴(如图)。橡胶管直径D=7.5cm，喷嘴出口直径d=2.0cm。水头H=5.5M。由水箱至喷嘴的水头损失hw=0.5m。用压力表测得橡胶管与喷嘴接头处的压强p=4.9N/cm2。如用手握住喷嘴，需要多大 的水平力R ，行近流速v0=0，取动能校正系数均为1。 解：列水箱渐变流断面1-1和喷嘴出口断面2- 2能量方程 列X向动量方程 水流对喷嘴冲击力 即为手握喷嘴所需之力。 ) 3有一梯形渠道，底宽 b =10 m，水深 h = 3 m，边坡为 1:1，糙率 n = 0.014，底坡i=0.001。如流动在紊流粗糙区 ，求流量Q。解：m2 m Q=A.C.(RJ)0.5=145.1 m3/s 练 习 31. 恒定总流能量方程：z1+p1/g+1v12/2g= z2+p2/g+2v22/2g+hw各项的物理含义：z1、z2为1、2过流断面上选定点相对于选定基准面的高程。p1、p2为1、2过流断面上的相对压强或绝对压强v1、v2为1、2过流断面上的平均流速1、2为1、2过流断面上的动能修正系数hw为1、2两断面间的单位重量流体的能量损失。2. 沿程损失和局部损失沿程损失是由于流体流动过程中，沿程存在着剪切阻力。克服沿程阻力引起的能量损失称为沿程损失。局部损失是在边壁尺寸急剧变化的流动区域，由于尾流区、旋涡区的出现，使局部流动区出现较集中的局部阻力，克服这种局部阻力引起的能量损失称为局部损失。五、作图题（共10分）测 压 管 水 头 线总 水 头 线v0=0H=5m49kpaA2m2m闸门B19.6kpa39.2kpa水力学模拟试题4及答案（一）1、选择题：（每小题2分）（1）在水力学中，单位质量力是指（ ） 答案：c a、单位面积液体受到的质量力；b、单位体积液体受到的质量力； c、单位质量液体受到的质量力；d、单位重量液体受到的质量力。 （2）在平衡液体中，质量力与等压面（ ）答案：d a、重合； b、平行 c、相交； d、正交。（3）液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为答案：ba、1 kN/m2 b、2 kN/m2 c、5 kN/m2 d、10 kN/m2（4）水力学中的一维流动是指（ ） 答案：d a、恒定流动； b、均匀流动； c、层流运动； d、运动要素只与一个坐标有关的流动。（5）有压管道的管径d与管流水力半径的比值d /R=（ ）答案：b a、8； b、4； c、2； d、1。 （6）已知液体流动的沿程水力摩擦系数l与边壁相对粗糙度和雷诺数Re都有关，即可以判断该液体流动属于答案： c a、层流区； b、紊流光滑区； c、紊流过渡粗糙区； d、紊流粗糙区（7）在明渠中不可以发生的流动是（ ） 答案：c a、恒定均匀流； b、恒定非均匀流； c、非恒定均匀流； d、非恒定非均匀流。（8）在缓坡明渠中不可以发生的流动是（ ）。答案：b a、均匀缓流； b、均匀急流； c、非均匀缓流； d、非均匀急流。（9）底宽b=1.5m的矩形明渠，通过的流量Q =1.5m3/s，已知渠中某处水深h = 0.4m，则该处水流的流态为答案：ba、 缓流； b、急流； c、临界流；（10）测量水槽中某点水流流速的仪器有 a、文丘里计 b、毕托管 c、测压管 d、薄壁堰 答案：b 2、判断题：（每小题2分）（1）任意受压面上的平均压强等于该受压面形心处的压强。 （ ） 答案：错误（2）水流总是从压强大的地方向压强小的地方流动。 （ ） 答案：错误（3）水力粗糙管道是表示管道的边壁比较粗糙。 （ ） 答案：错误（4）粘滞性是液体产生水头损失的内因。 （ ） 答案：正确（5）在正坡非棱柱渠道内可以形成均匀流。 （ ） 答案：错误（6）矩形断面水力最佳断面的宽深比=2。 （ ） 答案：正确（7）断面比能沿流程总是减小的。 （ ） 答案：错误3、填空题：（每小题2 4分）（1） 牛顿内摩擦定律适用的条件是 和 。 答案：层流运动，牛顿液体（2） 液体中某点的绝对压强为100kN/m2，则该点的相对压强为 _kN/m2，真空度为 。 答案：2， 不存在.只受重力作用，静止液体中的等压面是_。答案：水平面。（3） 实际液体在流动时产生水头损失的两个主要原因是_，_。 答案：液体存在粘滞性和边界的影响。（4） 水流在明渠中的流态为缓流时，其水深h_ hk，弗汝德数Fr_1。（填写符号）答案： ， r1 ，则 A、B 两测压管中的液面必为 (2)(1) B 管高于 A 管； (2) A 管高于 B 管； (3) AB 两管同高。17、紊流的断面流速分布规律符合 （1） ( 1 ) 对数分布 ； ( 2 ) 椭圆分布 ； ( 3 ) 抛物线分布 ； ( 4 ) 直线分布 。 18、盛水容器 a 和 b 的测压管水面位置如图 (a)、(b) 所示，其底部压强分别为 pa和 pb。若两容器内水深相等，则 pa和pb的关系为 （1） ( 1) pa pb (2) pa iki2iki2ik4、定性绘出图示曲面A上水平方向的分力和铅垂方向压力体。(5分)5、定性绘出图示管道（短管）的总水头线和测压管水头线向。 v0=0v0=0测压管水头总水头线v0=0v0=06、绘出图中的受压曲面AB上水平分力的压强分布图和垂直分力的压力体图。 7、定性绘出图示棱柱形明渠的水面曲线，并注明曲线名称。(各渠段均充分长，各段糙率相同) 六、根据题目要求解答下列各题 HROABR1、图示圆弧形闸门AB(1/4圆), A点以上的水深H1.2m，闸门宽B=4m，圆弧形闸门半径R=1m，水面均为大气压强。确定圆弧形闸门AB上作用的静水总压力及作用方向。解：水平分力 Px=pcAx=74.48kN 铅垂分力 Py=V=85.65kN,静水总压力 P2= Px2+ Py2,P=113.50kN,tana= Py/Px=1.15 a=49合力作用线通过圆弧形闸门的圆心。 2、有一矩形断面混凝土渡槽，糙率n=0.014，底宽b1.5m，槽长L120m。进口处槽底高程Z1=52.16m，出口槽底高程Z252.04m，当槽中均匀流水深h0=1.7m时，试求渡槽底坡i和通过的流量Q。 解： i=（Z1-Z2）/L =0.001 m2 m m v=C(Ri)0.51.46m/sQ= vA=3.72m3/s。3、有一矩形断面混凝土渡槽(n=0.014)，底宽b1.5m,槽长L116.5m。进口处槽底高程Z1=52.06m，当通过设计流量Q7.65m3/s时，槽中均匀流水深h 0=1.7m，试求渡槽底坡和出口槽底高程Z 2？4、图示水箱一侧有一向上开口的短管，箱内水位恒定，水通过管嘴向上喷射。若管嘴出口至水箱水面的高度h=5 m，短管的总水头损失是短管流速水头的0.2倍，取动能校正系数=1。求管嘴的出流速度v及此射流达到的高度z。5、求图中矩形面板所受静水总压力的大小及作用点位置，已知水深H=2 m，板宽B3m。 6、图示一跨河倒虹吸管，正方形断面，边长b=0.8m，长 l=50 m，两个 30。折角、进口和出口的局部水头损失系数分别为 1=0.2，2=0.5，3=1.0，沿程水头损失系数 =0.024，已知通过流量Q=2.662m3/s。若上下游的行进流速水头忽略不计，求上下游水位差H 。 7、测定90弯管的局部水头损失系数的试验装置如题图所示。已知试验段 AB 长10 m ，管径d0.05m，弯管曲率半径Rd，管段沿程水力摩擦系数0.0264，实测AB两端测压管水头差h0.63cm，100秒钟流入量水箱的水体体积为0.028m3，试求弯管局部水头损失系数。8、 矩形断面渠道中有一平板闸门，渠宽b3m。闸前水深H4m，闸下收缩断面水深hc=0.8m，已知渠道流量Q=18m3/s。取动能和动量校正系数均为1。求水流作用于闸门上的作用力。9、已知如图所示水平安装的文丘里流量计，已测得压强=0.5m，=-0.2m，水管的横断面积A1=0.002m2，A2=0.001m2, 不计水头损失，求通过文丘里流量计的流量 Q为多少？10、管道直径 d = 10 mm，通过流量 Q = 20 cm3/s，运动粘度n = 0.0101 cm2/s。问管中水流流态属层流还是紊流？若将直径改为 d = 30 mm，水温、流量不变，问管中水流属何种流态？ 11、有一矩形断面渠道底宽b1.5m，底坡i0.0004，糙率n0.014，当槽中均匀流水深h0=1.7m时，试求通过的流量Q 。12、图示一水平放置的弯管，直径D=0.2 m，转角=90，11断面管轴处的动水压强为p1=40kN/m2，22断面与大气连通，管中流量为Q0.1m3/s，求水流通过弯管时对管壁的作用力。（取动能校正系数和动量修正系数均为1）1122D13、A求图中圆弧形闸门AB所受静水总压力的大小及方向。已知水深H=4 m，板宽B2m。 HB 14、有一浆砌块石的矩形断面渠道，糙率n = 0.025，宽b = 6m，当Q = 14.0m3/s时，渠中均匀水深h = 2m，试判断渠道中的明渠水流流态。 19、如图所示矩形平板闸门AB宽b=3m，门重G=9800N，=60，h1 =1m，h2=1.73m。试求：下游有水时启门力T，15、有一水平放置的管道(如图)。管径d1=10 cm，d2=5 cm。管中流量Qv=10 L/s。断面1处测管高度H=2 m。不计管